DE102014203952A1 - Riemenspanner - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen ist ein Riemenspanner (1) für einen Generator-Riementrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend: – ein ringförmiges Gehäuseteil (9), das die Generatorwelle (7) umschließend auf dem Generatorgehäuse (2) befestigt ist, – ein ringförmiges Spannteil (6), das am Gehäuseteil um die Generatorwelle schwenkbar gelagert ist, – eine einzige Spannrolle (4), die auf dem Spannteil gelagert ist und den Riemen vorspannt, – und eine Feder, die zwischen dem Gehäuseteil und dem Spannteil eingespannt ist und das Spannteil zur Erzeugung der Riemenvorspannung mit Drehmoment beaufschlagt. Die Feder soll eine Bogenfeder (22) sein, die sich parallel zur Riemenebene (α) und umfänglich vollständig außerhalb des Schwenkbereichs der Spannrolle erstreckt.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Riemenspanner für einen Generator-Riementrieb einer Brennkraftmaschine. Der Riemenspanner umfasst:
- – ein ringförmiges Gehäuseteil, das die Generatorwelle umschließend auf dem Generatorgehäuse befestigt ist,
- – ein ringförmiges Spannteil, das am Gehäuseteil um die Generatorwelle schwenkbar gelagert ist,
- – eine einzige Spannrolle, die auf dem Spannteil gelagert ist und den Riemen vorspannt,
- – und eine Feder, die zwischen dem Gehäuseteil und dem Spannteil eingespannt ist und das Spannteil zur Erzeugung der Riemenvorspannung mit Drehmoment beaufschlagt.
- Hintergrund der Erfindung
- Ein derartiger Riemenspanner ist aus der
EP 2 573 423 A1 bekannt. Die Feder ist dort als die Generatorwelle umschließende Schraubenfeder ausgebildet. - Aufgabe der Erfindung
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Riemenspanner der eingangs genannten Art im Hinblick auf dessen möglichst kompakte Bauweise konstruktiv zu verbessern.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich dadurch, dass die Feder eine Bogenfeder ist, die sich parallel zur Riemenebene und umfänglich vollständig außerhalb des Schwenkbereichs der Spannrolle erstreckt. Diese konstruktive Ausgestaltung der Spannerbefederung – eine Bogenfeder ist bekanntlich stets eine Schraubendruckfeder, deren Längserstreckung nicht gerade, sondern kreisbogenförmig ist – ermöglicht es, den Federbauraum auf einen Kreisbogen zu beschränken, der von der betrieblich verschwenkenden Spannrolle nicht überstrichen wird. Da sich gegenüber dem bekannten Riemenspanner im Schwenkbereich der Spannrolle kein Federbauraum erstreckt, können das Spannteil und die Spannrolle mit vergleichsweise kleinem Axialabstand zum Generatorgehäuse angeordnet werden. Dies gilt dann auch für die Riemenscheibe, die in derselben Riemenebene wie die Spannrolle verläuft, so dass im Ergebnis eine axial besonders kompakte Baugruppe aus Generator und Riemenspanner vorliegt. Da zudem die Riemenebene mit vergleichsweise geringem Abstand zum Generatorgehäuse verläuft, ist auch die freie Länge der Generatorwelle zwischen der Riemenscheibe und der ersten Lagerstelle im Generatorgehäuse zugunsten einer vergleichsweise geringen Wellenbiegung entsprechend kurz.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Riemenspanners dargestellt ist. Es zeigen:
-
1 den Generator eines Generator-Riementriebs mit dem darauf montierten Riemenspanner in perspektivischer Darstellung; -
2 den Riemenspanner in Rückansicht; -
3 den Riemenspanner im Längsschnitt; -
4 den Riemenspanner ohne Gehäusedeckel in Rückansicht; -
5 das Detail X aus4 ; -
6 das Gehäuseteil des Riemenspanners als Einzelteil in perspektivischer Vorderansicht; -
7 das Spannteil des Riemenspanners als Einzelteil mit Kunststoffbelag in perspektivischer Rückansicht; -
8 das Spannteil des Riemenspanners als Einzelteil ohne Kunststoffbelag in perspektivischer Vorderansicht; -
9 die Federschale des Riemenspanners in perspektivischer Einzelteildarstellung; -
10 die Bogenfeder des Riemenspanners in perspektivischer Einzelteildarstellung. - Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
- Die
1 bis3 zeigen einen erfindungsgemäßen Riemenspanner1 im Zusammenbau mit einem Generator eines Generator-Riementriebs einer Brennkraftmaschine bzw. als fertig montiertes Einzelteil. Der Riemenspanner ist auf der riemenseitigen Stirnseite des Generatorgehäuses2 befestigt und hier an drei Befestigungspunkten3 mit dem Generatorgehäuse verschraubt. Da es sich um einen gewöhnlichen Generator ohne Motorbetrieb, d.h. ohne Startfunktion der Brennkraftmaschine handelt, hat der Riemenspanner nur eine einzige Spannrolle4 zum Vorspannen des Riemens in dessen Leertrum. Das Kugellager5 der Spannrolle ist mit einem ringförmigen Spannteil6 verschraubt, das die Welle7 mit Riemenscheibe8 des Generators umschließt und das um die Generatorwelle schwenkbar an und – genauer gesagt – in einem ringförmigen Gehäuseteil9 gelagert ist. Die Schwenklagerung des Spannteils erfolgt vorliegend konzentrisch zur Generatorwelle, kann in einer erfindungsgemäßen Alternative aber auch um die Generatorwelle mit Achsversatz dazu angeordnet sein (solange die Riemenscheibe radial freigängig ist). Der Innendurchmesser des die Generatorwelle ebenfalls umschließenden Gehäuseteils ist wesentlich größer als der Durchmesser der Riemenscheibe, so dass die erforderliche Kühlluftzufuhr in den Generator nicht beeinträchtigt wird. - Das axiale Schwenklager des Spannteils
6 im Gehäuseteil9 ist einerseits durch eine dem Generator zugewandte Stirnfläche10 des Gehäuseteils selbst und andererseits durch eine dem Generator abgewandte Stirnfläche11 eines Gehäusedeckels12 gebildet, der auf der Rückseite des Riemenspanners1 an sechs Befestigungspunkten13 mit dem Gehäuseteil verschraubt ist. Selbstverständlich sind andere bekannte und/oder unlösbare Befestigungsarten wie Verstemmen, Vernieten möglich. Das radiale Schwenklager des Spannteils im Gehäuseteil ist durch den inneren Ringumfang14 des Spannteils und durch den Außenumfang15 eines gehäusefesten Ringkragens16 gebildet, der sich zwischen der Lagerstirnfläche10 des Gehäuseteils und dem Gehäusedeckel erstreckt (siehe auch4 ). Im Hinblick auf die erforderlichen Lagerungseigenschaften und die Dämpfung der betrieblichen Spannteilbewegungen besteht die Werkstoffpaarung des Gleitlagers aus den metallischen Gehäuseflächen10 ,11 und einem Kunststoffbelag17 des Spannteils aus Polyamid mit darin eingelagertem PTFE, der die beiden Stirnseiten und den inneren Ringumfang des Spannteils bedeckt (siehe auch7 ). Der auf dem Spannteil aufgeclipste Kunststoffbelag ist zweiteilig ausgeführt, wobei das erste Belagteil die in7 untere Stirnseite des Spannteils und mit einem Ringbund dessen inneren Ringumfang bedeckt und wobei das zweite Belagteil die in7 obere Stirnseite des Spannteils bedeckt. - Die Fixierung des Riemenspanners
1 in der umfänglich vorgespannten Montagestellung der Spannrolle4 erfolgt mittels eines entfernbaren Sicherungsstifts18 , der das Spannteil6 und das Gehäuseteil9 in dieser Stellung gegeneinander blockiert. Hierzu durchsetzt der Sicherungsstift zwei miteinander fluchtende Bohrungen19 und20 im Gehäuseteil (siehe6 ) beziehungsweise im Gehäusedeckel12 (siehe2 ) sowie eine umfängliche Ausnehmung21 im Spannteil (siehe8 ). - Falls erforderlich, kann das Eindringen von Schmutz und Spritzwasser in das Gehäuseinnere durch eine (nicht dargestellte) separate Dichtung zwischen dem Gehäuseteil
9 , dem Spannteil6 und dem Gehäusedeckel12 erschwert werden. - Die über die Spannrolle
4 in den Riemen eingeleitete Vorspannung wird mittels einer Bogenfeder22 erzeugt, die parallel zur Riemenebene ε (Epsilon) in einem entsprechend bogenförmigen Raum23 des Gehäuseteils9 seitlich des Spannteils6 aufgenommen ist und die Spannrolle über das Spannteil drehmomentbeaufschlagt – in1 gegen den Uhrzeigersinn. Eine dazu umgekehrte Spannrichtung ist mit entsprechend angepassten Spannerkomponenten selbstverständlich möglich. Der Federaufnahmeraum23 ist durch eine sich axial (d.h. in Wellen- und Rollenachsrichtung) zur Spannrolle hin erstreckende Auswölbung24 des Gehäuseteils gebildet. Die Axialerstreckung der Auswölbung ist so groß, dass sie mit der Spannrolle axial überlappt. Dies geht deutlich aus3 hervor: Die axiale Stirnfläche der Auswölbung liegt dort rechts von der linken Stirnfläche der Spannrolle. Der Umfangswinkel der Auswölbung beträgt ca. 180° und hat eine Mitte, die in der nominalen Betriebsposition des Riemenspanners1 im wesentlichen diametral gegenüberliegend zur Spannrolle verläuft. Deren Schwenkbereich ist durch mechanisches Anschlagen des Spannteils am Gehäuseteil auf einen Winkel von ca. 40° beschränkt, so dass die Auswölbung – trotz deren mit der Spannrolle überlappender Axialerstreckung – auch in beiden Endlagen des Schwenkbereichs einen deutlichen Abstand zum Umfang der Spannrolle aufweist. Da sich also der Federaufnahmeraum und die diesen begrenzende Auswölbung umfänglich nicht in den Schwenkbereich der Spannrolle hinein erstrecken, sondern mit umfänglichem Abstand vollständig außerhalb davon verlaufen, kann die Spannrolle und folglich die gesamte Riemenebene mit vergleichsweise geringem Axialabstand zum Generatorgehäuse2 angeordnet werden. Dies ist in3 anhand des Abstandsmaßes s zwischen der Anschraubebene des Gehäuseteils und der Riemenebene verdeutlicht. - Die
4 und5 zeigen den Montagezustand des Riemenspanners1 , bei dem die Bogenfeder22 und eine den Federaufnahmeraum23 auskleidende Federschale25 , nicht aber das Spannteil6 und der Gehäusedeckel12 im Gehäuseteil9 montiert sind. Der zur Schwenklagerung des Spannteils konzentrische Federaufnahmeraum ist gegenüber der Lagerstirnfläche10 des Gehäuseteils axial zurückversetzt und durch zwei umfängliche Stirnwände begrenzt, wobei die eine Stirnwand26 als Federauflage für das gehäuseteilseitige Ende27 der Bogenfeder dient und wobei die andere Stirnwand28 vor der Montage des Spannteils als umfänglicher Anschlag für das spannteilseitige Federende29 dient. Im Ausführungsbeispiel ist die Bogenfeder vor der Montage des Spannteils unter leichter Vorspannung zwischen den Stirnwänden in den Federaufnahmeraum eingelegt. Diese Montagevorspannung ergibt sich dadurch, dass der von den Stirnwänden begrenzte Bogenwinkel α (alpha) des Federaufnahmeraums kleiner als der Bogenwinkel ϕ (phi) der ungespannten Bogenfeder ist (siehe10 ), und bewirkt, dass vor der Montage des Spannteils ein Herausfallen der Bogenfeder und der Federschale aus dem Federaufnahmeraum erschwert sind. - Der Bogenwinkel ϕ der ungespannten Bogenfeder
22 beträgt vorliegend etwa 180°. Insbesondere, aber dennoch nicht nur für den Fall, dass ein größerer Bogenwinkel erwünscht, für das Wickeln der Bogenfeder aber ungünstig ist, können auch zwei oder mehr Bogenfedern in Reihenschaltung und ein Federaufnahmeraum23 mit entsprechend daran angepasstem Bogenwinkel α vorgesehen sein. Unabhängig davon sind auch parallel geschaltete Bogenfedern in Form eines Federpakets mit einer äußeren und einer inneren Bogenfeder möglich. Mit Hilfe dieser Parameter lässt sich die Gesamtcharakteristik der Spannerbefederung an den gewünschten Drehmomentverlauf der Spannrolle4 in weiten Grenzen variieren. - Das in
6 dargestellte Gehäuseteil9 und das in den7 und8 mit beziehungsweise ohne den Gleitlagerbelag17 dargestellte Spannteil6 sind jeweils als Aluminiumdruckgussteil hergestellt. Alternativ sind ein- oder mehrteilige Umformteile aus Blechwerkstoff möglich. Das Spannteil ist mit einem Mitnehmer30 versehen, der in den Federaufnahmeraum23 hinein ragt und als seitlich zum Spannteil verlaufende Federauflage31 für das spannteilseitige Federende28 dient. Der Mitnehmer ist als Vorsprung ausgebildet, der sich von dem Ringkörper des Spannteils axial seitens der Spannrolle4 erhebt, so dass die Federauflage für das spannteilseitige Federende vollständig neben dem Ringkörper und auf derselben Seite wie die Spannrolle verläuft. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass das von der Bogenfeder und der Spannrolle in die Schwenklagerung des Spannteils eingebrachte Kräftepaar ein vergleichsweise kleines Kippmoment erzeugt. - Die andere Stirnwand
28 ist mit einer Vertiefung32 versehen, die bei der Montage des Spannteils6 in das Gehäuseteil9 den Mitnehmer30 aufnimmt. Die Spannteilmontage wird hierdurch erheblich vereinfacht, da beim Einführen des Mitnehmers in die Vertiefung ein Platz schaffendes Verdrängen der an der anderen Stirnwand anschlagenden Bogenfeder22 nicht erforderlich ist. In der fixierten Montagestellung gemäß1 und in den nominalen Betriebsstellungen der Spannrolle4 ist die Bogenfeder zwischen der einen Stirnwand26 am gehäuseteilseitigen Federende27 und dem Mitnehmer am spannteilseitigen Federende29 eingespannt. - Die Bogenfeder
22 stützt sich in radial auswärtiger Richtung an der Federschale25 ab, die Federschwingungen entgegen wirkt. Die in den3 und9 dargestellte Federschale hat einen im wesentlichen L-förmigen Querschnitt, der sich etwa an den halben Federumfang anschmiegt. Die Federschale besteht aus Kunststoff, insbesondere mit Glasfaserverstärkung, als PTFE-Compound, und/oder aus jeweils kohlefaserverstärktem PA46 (Polyamid), PPS (Polyphenylensulfid) oder PEEK (Polyetheretherketon). Je nach tribologischer Belastung der Federschale durch die betrieblich darin oszillierende Bogenfeder können alternativ andere verschleißfeste Werkstoffe, Beschichtungen oder Befettungen im Feder-Schale-Kontakt vorgesehen werden. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Riemenspanner
- 2
- Generatorgehäuse
- 3
- Befestigungspunkt
- 4
- Spannrolle
- 5
- Kugellager
- 6
- Spannteil
- 7
- Welle des Generators
- 8
- Riemenscheibe
- 9
- Gehäuseteil
- 10
- Stirnfläche des Gehäuseteils
- 11
- Stirnfläche des Gehäusedeckels
- 12
- Gehäusedeckel
- 13
- Befestigungspunkt
- 14
- innerer Ringumfang des Spannteils
- 15
- Außenumfang des Ringkragens
- 16
- Ringkragen
- 17
- Kunststoffbelag
- 18
- Sicherungsstift
- 19
- Bohrung für Sicherungsstift
- 20
- Bohrung für Sicherungsstift
- 21
- Ausnehmung für Sicherungsstift
- 22
- Bogenfeder
- 23
- Federaufnahmeraum
- 24
- Auswölbung des Federaufnahmeraums
- 25
- Federschale
- 26
- eine Stirnwand
- 27
- gehäuseteilseitiges Federende
- 28
- andere Stirnwand
- 29
- spannteilseitiges Federende
- 30
- Mitnehmer
- 31
- Federauflage für das spannteilseitige Federende
- 32
- Vertiefung für Mitnehmer
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- EP 2573423 A1 [0002]
Claims (10)
- Riemenspanner (
1 ) für einen Generator-Riementrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend: – ein ringförmiges Gehäuseteil (9 ), das die Generatorwelle (7 ) umschließend auf dem Generatorgehäuse (2 ) befestigt ist, – ein ringförmiges Spannteil (6 ), das am Gehäuseteil (9 ) um die Generatorwelle (7 ) schwenkbar gelagert ist, – eine einzige Spannrolle (4 ), die auf dem Spannteil (6 ) gelagert ist und den Riemen vorspannt, – und eine Feder, die zwischen dem Gehäuseteil (9 ) und dem Spannteil (6 ) eingespannt ist und das Spannteil (6 ) zur Erzeugung der Riemenvorspannung mit Drehmoment beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder eine Bogenfeder (22 ) ist, die sich parallel zur Riemenebene (ε) und umfänglich vollständig außerhalb des Schwenkbereichs der Spannrolle (4 ) erstreckt. - Riemenspanner (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (9 ) einen durch zwei umfängliche Stirnwände (26 ,28 ) begrenzten, bogenförmigen Raum (23 ) zur Aufnahme der Bogenfeder (22 ) aufweist, die zwischen einer der Stirnwände (26 ) am gehäuseteilseitigen Federende (27 ) und einem in den Federaufnahmeraum (23 ) hinein ragenden Mitnehmer (30 ) des Spannteils (6 ) am spannteilseitigen Federende (29 ) eingespannt ist. - Riemenspanner (
1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Federaufnahmeraum (23 ) durch eine sich mit der Spannrolle (4 ) axial überlappende Auswölbung (24 ) des Gehäuseteils (9 ) gebildet ist, wobei die Auswölbung (24 ) in beiden Endlagen des Schwenkbereichs der Spannrolle (4 ) umfänglich von dieser beabstandet ist. - Riemenspanner (
1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (30 ) als sich axial seitens der Spannrolle (4 ) erhebender Vorsprung ausgebildet ist. - Riemenspanner (
1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Stirnwand (28 ) vor der Montage des Spannteils (6 ) an das Gehäuseteil (9 ) als umfänglicher Anschlag für das spannteilseitige Federende (29 ) dient und mit einer den Mitnehmer (30 ) bei der Montage des Spannteils (6 ) an das Gehäuseteil (9 ) aufnehmenden Vertiefung (32 ) versehen ist. - Riemenspanner (
1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der von den Stirnwänden (26 ,28 ) begrenzte Bogenwinkel (α) des Federaufnahmeraums (23 ) kleiner als der Bogenwinkel (ϕ) der ungespannten Bogenfeder (22 ) ist. - Riemenspanner (
1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Federaufnahmeraum (23 ) mit einer Federschale (25 ) ausgekleidet ist, gegen die sich die Bogenfeder (22 ) in radial auswärtiger Richtung abstützt. - Riemenspanner (
1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federschale (25 ) aus Kunststoff besteht. - Riemenspanner (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Schwenklager des Spannteils (6 ) am Gehäuseteil (9 ) durch das Gehäuseteil (9 ) einerseits und durch einen am Gehäuseteil (9 ) befestigten Gehäusedeckel (12 ) andererseits gebildet ist. - Riemenspanner (
1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale und radiale Schwenklager des Spannteils (6 ) am Gehäuseteil (9 ) durch einen Kunststoffbelag (17 ) des Spannteils (6 ) gebildet ist.
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